화성의 모래알 특성

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-05

화성의 모래는 물리학자들에게 있어 고민거리이다. 모래로 만들어진 사구와 물결 지형 모두는 표면에서 이동하며, 이들은 나사의 화성 탐사선 스피릿호의 갑판에도 떨어진다. 하지만, 화성의 바람을 측정한 결과에 따르면 바람은 하나의 모래 알갱이조차도 들어올리기에 충분치 못한 것으로 나타난다. 최근 위와 같은 모순적인 상황에 대한 답이 제시되었다. 모래 알갱이를 바람이 들어올리는 것은 매우 어려운 반면 일단 바람이 충분히 강하게 불어 화성의 모래를 날리게 되면 바람의 속도가 최대 10의 인자만큼 떨어질지라도 모래는 튕겨질 수 있는 상태를 갖는다는 것이다. 연구진은 수치 모델(numerical model)을 이용하여 모래 알갱이가 표면 위를 어떻게 움직여 땅으로 퍼지는지를 정확히 풀어낼 수 있었다. 그들은 낮은 공기 저항과 결부된 붉은 행성의 낮은 중력이 히스테리시스(hysteresis) 효과를 발생케 하는데, 이때 모래 알갱이는 최초에 움직일 때에만 강한 바람 속도를 요구하게 되는 것이다. 일단 알갱이가 대기로 올라가면 바람은 모래 알갱이가 표면에 떨어질 때까지 가속하여 보다 많은 알갱이를 대기로 튀어오르게 한다. 이는 마치 자전거를 타는 것과 같다고 연구진은 말한다. 자전거를 처음 움직일 때는 많은 힘이 소요되지만, 일단 움직이기 시작하면 자전거 패달을 구르는 것이 보다 용이해 진다. 히스테리시스 효과는 너무나 명확하여 도약이 아주 흔하게 발생하는 이유를 설명할 수 있다. 연구진의 모델에 의하면 화성의 모래 알갱이는 최초로 움직일 때 150 km/h의 바람 속도를 필요로 하지만, 일단 움직이기 시작하면 15 km/h의 속도로도 표면에서 튕기게 된다. 도약이 시작되기 위해선 바람의 속도는 평균 이상의 피크에 도달해야만 한다. 하지만, 일단 도약이 개시되면 평균 속도만으로도 유지되는데, 이는 화성 표면에서 발생하는 바람의 작용에 대해 새로운 시각을 부여할 전망이다. 다음의 의문점은 도약이 화성의 먼지 폭풍에 얼마나 관여하고 있는지를 알아내는 것이다. 지구에서 먼지 폭풍은 바람에 의해 모래를 땅으로 불어내어 먼지를 때림으로써 발생한다. 하지만, 동일한 프로세스가 화성에서도 발생할지의 여부는 분명치 않다. 연구진은 도약 프로세스가 화성의 먼지 폭풍에도 중요한 역할을 담당할 것으로 예상하고 있지만, 구체적인 추가 연구 계획을 추진 중에 있다. [그림] 붉은 행성에서 일어나는 미약한 바람에 의한 모래 알갱이의 긴 여정 [원문] Phys. Rev. Lett. 104 074502 fig_11.jpg 출처 : http://physicsworld.com/cws/article/news/41888